自動引導小車（AGV)的結構設計

自動引導小車（AGV)的結構設計,自動,引導,引誘,小車,agv,結構設計 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 學 生 姓 名： 曹曉華 學 號： 0501510113 專 業(yè)： 機械工程及自動化 設計(論文)題目： 自動引導小車（AGV)的結構設計 指 導 教 師: 武培軍 高工 吳晟 助教 2009年 3 月 15 日 開題報告填寫要求 1．開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2．開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3．“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）； 4．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1．結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 摘要 簡要地介紹了自動引導小車的現(xiàn)狀和定義以及所涉及的技術，列舉了典型的機械結構特點，綜合闡述了自動引導小車的關鍵技術，并對自動引導小車的發(fā)展進行展望，最后總結了研究本科題的意義。 關鍵詞 定義 結構 特點 技術 展望 隨著工業(yè)自動化、計算機集成系統(tǒng)技術的提高、柔性制造系統(tǒng)(FMS)和物流業(yè)的發(fā)展[1]，無人搬運車系統(tǒng)（簡稱AGVS)已成為柔性制造系統(tǒng)和自動化倉儲系統(tǒng)中物流運輸?shù)挠行侄蝃2]。無人搬運車系統(tǒng)的核心設備是無人搬運小車（AGV)[3]，載重量從幾十公斤到上百噸，在港口、碼頭、機床、化工、汽車、家電、軍械、郵政、電工、飛機制造和自動化倉儲系統(tǒng)等場所得到了廣泛應用[4]。 1. AGV的定義 自動引導小車簡稱為AGV，是英文Automated Guided Vehicle 的縮寫。AGV是采用自動或人工方式裝載貨物，按設定的路線自動行駛或牽引著載貨臺車到指定的地點，再用自動或人工方式裝卸貨物的工業(yè)車輛[5]。按日本JISD6801的定義：AGV是以電池為動力源的一種自動操縱行駛的工業(yè)車輛。AGV只有按物料搬運作業(yè)自動化、柔性化和準時化的要求，與自動導向系統(tǒng)、自動裝卸系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、安全系統(tǒng)和管理系統(tǒng)等構成自動導向車系統(tǒng)（AGVS）才能真正發(fā)揮作用[6]。 2. AGV的結構 AGV的各組成部分一般有：導向系統(tǒng)、車體、蓄電池及充電裝置、驅動裝置、轉向裝置、移栽裝置、控制與通信系統(tǒng)、安全裝置。導向系統(tǒng)是AGV的核心部分，用來保證AGV按設定的路線自動行駛[7]。車體由車架、減速器、電動機、車輪等組成，車架常采用焊接剛結構，要求有足夠的剛性。蓄電池常采用24V或48V直流工業(yè)蓄電池，供電周期為20h左右[8]。驅動裝置由車輪、減速器、制動器、電動機及速度控制器等部分組成，并由計算機或人工進行控制，它是一個伺服驅動的變速控制系統(tǒng)[9]。轉向裝置的結構有三種：鉸軸轉向式三輪車型、差速轉向式四輪車型和全輪轉向式四輪車型。移栽裝置用來裝卸貨物，其裝卸方式分為被動裝卸和主動裝卸兩種。控制與通信系統(tǒng)包括車上控制器和地面（車外）控制器，均采用微型計算機，通過通信網(wǎng)絡進行聯(lián)系。AGV的安全裝置包括多級硬件和軟件，例如，在AGV的前面設有紅外光非接觸式防碰傳感器和接觸式防碰傳感器——保險杠；AGV的前后有黃色警視信號燈，當AGV行走時信號燈閃爍；每個驅動輪帶有安全制動器，斷電時制動器自動接上；小車每一面都有急停按鈕和附有傳感器的安全保險杠，當小車輕微接觸障礙物時，保險杠受壓，小車停止；一旦發(fā)生故障，AGV自動進行聲光報警，同時通過無線通線系統(tǒng)通知AGV監(jiān)控系統(tǒng)。 3. AGV的特點 （1） 運行路徑和目的地可以由管理程序控制，機動能力強。而且某些導向方式的線路變更十分方便靈活，設置成本低[10]。 （2） 工位識別能力和定位精度高，具有與各種加工設備協(xié)調工作的能力。在通信系統(tǒng)的支持和管理系統(tǒng)的調度下，可實現(xiàn)物流的柔性控制。 （3） 載物平臺可以采用不同的安裝結構和裝卸方式，能滿足不同產品運送和加工的需要。因此，物流系統(tǒng)的適應能力強。 （4） 可裝備多種聲光報警系統(tǒng)，能通過車載障礙物探測系統(tǒng)在碰撞到障礙物之前自動停止。當其列隊行駛或在某一區(qū)域交叉運行時，具有避免相互碰撞的自控能力，不存在認為差錯。因此AGV比其他搬運系統(tǒng)更安全。 （5） AGV組成的物流系統(tǒng)不是永久性的，而是在給定的區(qū)域內設置。與傳統(tǒng)物流輸送系統(tǒng)在車間內固定設置且不易變更相比，該物流系統(tǒng)的設置柔性強，并可以充分利用人行通道和交叉通道，從而改善車間地面利用率。 （6） 與其他物料輸送方式相比，初期投資大，但可以大幅度降低運行費用，特別是在產品類型和工位較多時。 4. AGV技術的發(fā)展及在物流發(fā)展中的展望 AGV產品所涉及的關鍵技術主要包括：引導技術、控制技術、電源技術三個方面[11]。 （1） 引導技術 在已被探索研究和開發(fā)應用的引導方法主要有：電磁感應法、光學引導法、化學引導法、磁感應法、位置推斷法、參考標志法、慣性導航法和圖像識別法等。隨著計算機控制技術的應用和各種高精度傳感器的實用化，其他各種引導技術也不斷地成熟和應用。根據(jù)對國外幾十家生產AGV公司的27個系列產品所采用的主要引導技術的統(tǒng)計結果，可以明顯地看到各種引導技術應用的情況[12]。其中，電磁感應引導技術所占的應用比例最高，這表明該項技術已經十分成熟，應用也就最多。而機器視覺引導技術應用的比例還很少[13]，因此，該項技術還需要深入研究和不斷完善。除此而外，就是自主導航技術仍然處在研究階段，還有許多實用化技術問題有待于解決。 （2） 控制技術 這里所提到的控制技術的概念有多層含義，既包括對AGV行為單純的控制技術，也包括對AGV行為的決策方法。隨著計算機硬件技術、并行分布式處理技術、自動控制技術和傳感器技術不斷進步以及軟件開發(fā)環(huán)境的不斷完善，為AGV的控制性能的提高提供了必要的技術基礎。人工智能技術在AGV上的應用，如環(huán)境理解與障礙識別、任務實現(xiàn)與路徑規(guī)劃和模糊與神經網(wǎng)絡控制等使AGV向著智能化和自主化運行控制方向發(fā)展。此外，在當今的工業(yè)生產中，不僅對物流系統(tǒng)有著高度的柔性要求，而且還要實現(xiàn)對生產組織的重構。因此，在物流系統(tǒng)中，對多個AGV運行行為的統(tǒng)一調度和協(xié)調控制已經成為AGVS研究的重要內容。 （3） 電源技術 AGV運行所消耗能源一般是由蓄電池提供。蓄電池容量的確定是AGV設計的重要參數(shù)之一，它的選擇應保證車輛在規(guī)定的作業(yè)方式和工作時間內提供足夠的能量。目前，用于AGV的蓄電池有兩種類型：即鉛—酸蓄電池和鎳—鎘蓄電池。其中，鉛酸型蓄電池所占比例很大。除電池本身特性外，AGV使用過程中的充電技術也是值得重視的問題。但是，AGV所涉及到的電源技術問題，將隨著蓄電池技術的發(fā)展而得到解決。 目前，AGV的應用領域主要用在制造業(yè)，特別是在重型機械及部分非加工制造中的應用。在制造業(yè)中主要用于物料分發(fā)、裝配和加工制造方面。其中，裝配作業(yè)中，汽車工業(yè)是AGV的應用大戶。在物料分發(fā)中，主要用于生產工序間的物料移送和倉儲作業(yè)中的物料移送[14]。在凈化室中，AGV更可大顯身手，滿足凈化要求極高的操作。另外，AGV還可以作為機器人的“腳”，使機器人在更大范圍內自動完成作業(yè)、水泥地面的光整等[15]。在有核輻射的地方，使用機器人與AGV的配合，完成檢修與材料搬運等工作。因此，隨著電子、圖像識別、傳感和信息技術的發(fā)展，AGV的應用領域越來越廣。 5. 總結 從自動引導小車概述來看，自動引導小車的開發(fā)和應用是比較晚的，隨著計算機技術和各種高精度的傳感化，以及效率的提高，產生了自動引導小車。此次研究設計自動引導小車的結構和系統(tǒng)。可以進一步的了解自動引導小車結構特點。在全面了解的基礎上，結合運用自己所學的知識，自己研究設計一種裝備有磁性的自動引導小車，使得在“無人操作工廠”得以利用。 通過自動引導小車結構和系統(tǒng)設計，也可以培養(yǎng)自身綜合運用機械設計知識的能力，從而提高獨立分析解決問題的能力，以此來適應社會需求。 參考文獻 [1] 田其編.倉儲物流機械與設備[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008. 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[15] 韓權利，趙萬華，丁玉成.未來制造業(yè)模式——智能制造.機械工程師[J]，2002（1):26-28.  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 1 本課題要研究的問題 本課題主要研究的是自動引導小車的結構和系統(tǒng)設計，通過查閱相關資料后，對自動引導小車的結構有了一定的了解，因此要完成此次設計主要考慮以下幾個方面的設計問題： （1）確定傳動方案 （2）蝸輪蝸桿的設計 （3）軸的設計 （4）控制系統(tǒng)的設計 2 擬采用的研究手段 通過觀察研究，自動引導小車的結構和系統(tǒng)主要包含以下幾部分的設計： （1）確定傳動方案 通過查閱相關資料，在三輪機構與四輪機構之間比較，三輪機構雖然成本較低，但沒有四輪機構的較大的負載能力及較好的平穩(wěn)性。具體的設計將在設計說明書中說明。 （2）蝸輪蝸桿的設計 通過查閱相關資料，首先要選擇蝸桿的傳動類型，以及蝸輪蝸桿的受力分析，再進行齒根彎曲疲勞強度的設計以及蝸輪蝸桿的主要參數(shù)及幾何尺寸，并畫出蝸輪蝸桿零件圖。具體的設計將在設計說明書中說明。 （3） 軸的設計 軸主要是前輪軸與后輪軸的設計，首先要進行軸上的受力分析，擬定軸上零件裝配方案，根據(jù)查閱相關手冊，確定軸上尺寸，最后要驚行軸的校核。具體的設計將在設計說明書中說明。 （4） 控制系統(tǒng)的設計 查看單片機的相關資料，設計自動引導小車的控制系統(tǒng)，選擇伺服電機，進行脈沖的發(fā)射，來改變兩個伺服電機的速度，采用差速來控制小車的轉彎。 （5）運用AutoCAD、Pro/engineer等機械繪圖軟件分別繪制出相關零件圖和縱向運動機構的三維造型。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測： 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日